雙排樁在永久護(hù)岸工程中的應(yīng)用

常根朋，李連成

(鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，江蘇 鹽城 224002)

近些年來由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展不斷加速，隨著城市居民遷入數(shù)量的不斷增加，需開發(fā)新建大量商品樓，在高層建筑施工中深基坑支護(hù)技術(shù)廣泛使用。基坑支護(hù)方式有很多種，如采用單排灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁，配合內(nèi)支撐、錨桿等即可滿足工程需要。雙排樁作為今年來新出現(xiàn)的一種支護(hù)手段，通過頂部的聯(lián)系梁、冠梁將雙排樁形成一個(gè)整體，抵抗墻后土壓力。雙排樁的使用在解決邊坡穩(wěn)定問題中具有施工方便、節(jié)約投資、節(jié)省土地、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

本次鹽城市防洪工程三英閘站站身上下游河道兩岸均有居民住房，且河底高程為-3.5m，河頂高程為2.5m，河道深6.0m，根據(jù)其他防洪工程河坡放坡1∶3.0，則每側(cè)放坡水平距離長(zhǎng)為18m，無空間布置河道邊坡，鑒于排樁護(hù)岸在深基坑支護(hù)方面的應(yīng)用，采用雙排樁對(duì)6.0m高邊坡進(jìn)行防護(hù)，作為永久工程使用。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

鹽城市第Ⅰ防洪區(qū)(城北新區(qū))面積117.8km2，為鹽城市亭湖區(qū)新洋街道、新興鎮(zhèn)所在地，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有車站、鐵路交通干線、重要輸變電樞紐、蘇北最大的商貿(mào)城等?，F(xiàn)狀第Ⅰ防洪區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，2003、2006、2007及2015年4次大水均給該區(qū)域造成了巨大損失。為了提高區(qū)域防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)安全，市區(qū)第Ⅰ防洪區(qū)初步形成防洪包圍圈，實(shí)施了串場(chǎng)河三英閘站工程。

串場(chǎng)河三英閘站位于與皮岔河交匯處的串場(chǎng)河上，閘站中心距離皮岔河中心約800m。閘站為防洪、排澇、引水和通航結(jié)合的工程，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)。

閘站正向設(shè)計(jì)排澇流量為30m3/s，反向設(shè)計(jì)引水流量為10m3/s，布至于通航孔兩側(cè)，閘室垂直水流向總寬46.40m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)26.0m。站身上下游接清污機(jī)橋，外因土地空間限制采用排樁護(hù)岸與現(xiàn)狀河坡銜接。

1.2 地質(zhì)條件

本次勘探揭露，勘區(qū)內(nèi)地層為第四紀(jì)濱?！恿飨喑练e所形成。具體土層分述如下：

本次工程第(2)層粉質(zhì)黏土：飽和，可塑～軟塑，自上而下漸變軟，夾少量壤土團(tuán)塊，欠均勻。層底標(biāo)高0.74m，壓縮模量Es=3.6MPa，承載力特征值fak=90kPa。

第(3- 2)層輕粉質(zhì)砂壤土：灰色，濕，稍密，含云母碎屑，無光澤反應(yīng)，低干強(qiáng)度，低韌性，搖震反應(yīng)迅速，不均勻。層底標(biāo)高-2.38m。壓縮模量Es=7.41MPa，承載力特征值fak=85kPa。

第(3- 3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，飽和，流塑，稍有光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，無搖震反應(yīng)，較均勻。層底標(biāo)高-7.34m，壓縮模量Es=2.39MPa，承載力特征值fak=65kPa。

第(4)層粉質(zhì)黏土：上部灰黑色，向下漸變?yōu)辄S褐色，飽和，可塑，偶夾壤土團(tuán)塊，含鐵錳結(jié)核，稍有光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，無搖震反應(yīng)，欠均勻。層底標(biāo)高-11.36m。壓縮模量Es=7.56MPa，承載力特征值fak=195kPa。

第(5)層粉質(zhì)黏土夾輕粉質(zhì)壤土：灰黃～褐黃色，其中粉質(zhì)黏土，飽和，軟塑，含鐵錳質(zhì)浸染斑點(diǎn)及少量礓石，切面稍有光澤；輕粉質(zhì)壤土，很濕，稍密，無光澤反應(yīng)，欠均勻。層底標(biāo)高-14.07m。壓縮模量Es=3.82MPa，承載力特征值fak=100kPa。

第(6- 1)層粉砂：褐黃～灰黃色，飽和，中密，局部稍密，礦物組成以石英為主，含云母碎片，偶夾輕粉質(zhì)砂壤土，層底標(biāo)高-15.67m。壓縮模量Es=7.95MPa，承載力特征值fak=170kPa。

第(6- 2)層輕粉質(zhì)壤土夾砂壤土：灰色，濕～很濕，稍密，含云母碎屑，無光澤反應(yīng)，低干強(qiáng)度，低韌性，搖震反應(yīng)中等，不均勻。層底標(biāo)高-16.41m。壓縮模量Es=5.37MPa，承載力特征值fak=100kPa。

第(6- 3)層粉砂：灰黃色，飽和，中密，局部密實(shí)，礦物組成以石英為主，含云母碎片，偶夾壤土條帶，欠均勻。層底標(biāo)高-21.09m。壓縮模量Es=8.01MPa，承載力特征值fak=160kPa。

河底高程為-3.5m，位于第(3- 3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，壓縮模量Es=2.39MPa，承載力特征值fak=65kPa，均較小。

1.3 地下水

勘區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地下水主要為賦存于松散沉積物中的孔隙水，第(3- 5)、(4)層以淺地下水具潛水性質(zhì)，與地表水連通較好，其補(bǔ)給來源為大氣降水和地表水，主要排泄方式為蒸發(fā)和徑流?？辈鞎r(shí)測(cè)得鉆孔內(nèi)地下水(潛水)初見水位標(biāo)高在0.79～0.82m之間，平均在0.81m左右；2017年5月9日測(cè)的標(biāo)高在1.05m左右。本次排樁護(hù)岸設(shè)計(jì)取地下水位1.0m。

2 雙排樁護(hù)岸設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

考慮河坡高6.0m，初選單排樁加錨桿、雙排樁兩種方案對(duì)比。由于現(xiàn)狀兩岸房屋及給排水管道、堤線電纜等設(shè)備，施打錨桿不具備安全可操作性，最終確定采用雙排樁支護(hù)。閘站內(nèi)外河側(cè)均采用排樁護(hù)岸與現(xiàn)狀河坡銜接，因外河側(cè)擋墻較高，故本次取外河側(cè)為例闡述說明。

參照基坑支護(hù)工程，閘站外河側(cè)采用C30鋼筋砼鉆孔灌注樁排樁與外河側(cè)清污機(jī)橋以及外河側(cè)原駁岸連接。樁徑均為60cm、前排樁樁中心距為0.95m，后排樁樁中心距為1.9m，兩排樁排距為2.38m。前后排樁樁頂均設(shè)蓋梁和連梁，梁頂高程1.00m，前排樁樁底高程為-18.0m，后排樁樁底高程為-15.0m。在前排樁樁頂設(shè)鋼筋砼墻，墻頂設(shè)花壇兼作擋浪墻；墻身頂高程2.90m，花壇頂高程3.90m，墻后填土面高程2.90m。前排樁河底以上臨水側(cè)采用現(xiàn)澆12cm厚鋼筋砼掛板防護(hù)。

考慮施工過程中基坑滲水作用，在前后排灌注樁間，施打水泥土攪拌樁兩排，可起到凝固土體、護(hù)岸止水等作用。

具體如圖1—2所示。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)本次工程中排樁護(hù)岸的作用，排樁結(jié)構(gòu)失效后、土體過大變形對(duì)主體工程的影響程度，本次參照基坑支護(hù)規(guī)范，確定安全等級(jí)為二級(jí)，控制最大水平位移允許值為0.005h，外河側(cè)河坡高6.4m，位移允許值為32mm。

本次雙排樁在水利護(hù)岸工程中的應(yīng)用與深基坑支護(hù)工程對(duì)比，最大不同之處在于，建筑深基坑的支護(hù)一般在基坑四周均采用了支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)之間形成了支撐，局部為了控制樁體位移，施加了內(nèi)撐，而本次護(hù)岸單側(cè)長(zhǎng)度約為30m，30m長(zhǎng)護(hù)岸兩端均無支撐，可作為純懸臂結(jié)構(gòu)考慮[2]，前后排樁頂部冠梁剛度較小，位移較大。根據(jù)多次計(jì)算，在土層、擋土高度、計(jì)算方法均相同的情況下，發(fā)現(xiàn)前后排樁冠梁剛度對(duì)位移影響較大，參閱相關(guān)資料，對(duì)于這樣的情況，有學(xué)者認(rèn)為，剛度可在2～5MN/m之間取值。本工程結(jié)合不同剛度值進(jìn)行了試算，計(jì)算采用理正深基坑軟件計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同剛度下樁頂位移值

通過試算發(fā)現(xiàn)不同剛度情況下，位移不同、位移圖形也不同，如圖3所示的分析圖像我們可以確定的得出，對(duì)于懸臂結(jié)構(gòu)，在受到單側(cè)推力時(shí)，最大位移應(yīng)該發(fā)生在頂部，且計(jì)算點(diǎn)埋深與位移變形值近似于正比例關(guān)系，類似于圖1中剛度0.01MN/m的情況，而不是像剛度為5.0MN/m時(shí)，樁頂位移受到限制，樁頂下端某一深度位移值最大。

通過以上研究，本次計(jì)算忽略樁頂冠梁橫向剛

圖1 外河側(cè)護(hù)岸排樁結(jié)構(gòu)圖

圖2 A-A剖面圖

圖3 不同剛度計(jì)算下位移圖形

度，僅考慮樁體自身作用，但軟件默認(rèn)最小剛度值為0.001MN/m進(jìn)行計(jì)算。

水利工程不同于建筑工程，本次對(duì)施工及運(yùn)行期雙排樁護(hù)岸進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 計(jì)算位移曲線圖

由計(jì)算結(jié)果可以看出，施工期及運(yùn)行期位移值均較大，其中施工期已非常接近限制值，分析其原因，主要為排樁護(hù)岸臨水側(cè)河底往下至-7.34m均為第(3- 3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚3.84m，該層土壓縮模量Es僅為2.39MPa，土體狀態(tài)飽和，流塑，由此得出樁前土質(zhì)較軟，抵抗變形能力差，在排樁后土壓力的作用下，壓縮變形大，導(dǎo)致樁體位移大[3]。

2.3 加固設(shè)計(jì)

考慮樁前第(3- 3)層河底往下厚3.84m，厚度較大，為保證工程安全性，并結(jié)合建設(shè)單位意見，對(duì)排樁護(hù)岸進(jìn)行加固處理。經(jīng)院內(nèi)討論，并咨詢相關(guān)專家，提出兩種處理方案。

方案一：樁前河底處采用水泥土攪拌樁加固如圖5所示，加固范圍寬3.18m，呈“山”字型，樁底高程為-8.0m，該方案增加總投資約為40萬元。

方案二：在排樁護(hù)岸后采用2根同直徑鉆孔灌注樁做為后支撐加固如圖6所示，加固冠梁長(zhǎng)3m，樁底高程為-15.0m，該方案增加總投資約為75萬。

對(duì)比以上兩方案，并考慮施工單位施工技術(shù)質(zhì)量，經(jīng)專家組、建設(shè)單位等參建單位討論，確定采用方案二對(duì)本次排樁護(hù)岸進(jìn)行加固。加固后排樁護(hù)岸不在為懸臂結(jié)構(gòu)，冠梁剛度經(jīng)計(jì)算為45.8MN/m，計(jì)算結(jié)果河底以上施工期樁體最大位移為3.41，運(yùn)行期為2.07mm，位移圖形如上圖3中剛度為5.0MN/m時(shí)。

3 排樁施工及效果

先期實(shí)施水泥土攪拌樁之后實(shí)施灌注樁，再以土模作為底模澆筑蓋梁、連梁，形成排樁護(hù)整體；待樁前底格埂完成后再實(shí)施樁前護(hù)板，擋墻后土方待閘站放水前回填至設(shè)計(jì)高程。

施工完成后如圖7所示，經(jīng)第三方檢測(cè)單位檢測(cè)，河底以上樁體位移平均值為3.2mm，小于設(shè)計(jì)計(jì)算值，現(xiàn)場(chǎng)查看樁前防護(hù)掛板，無開裂、無變形、無漏水，效果良好。

圖5 加固方案一剖面及平面圖

圖6 加固方案二剖面及平面圖

圖7 施工后現(xiàn)場(chǎng)圖片

4 結(jié)論及建議

雙排樁做為一種新型的支護(hù)形式，在土木工程中已廣泛施工，本次結(jié)合三英閘站在水利工程中的使用尚屬少數(shù)，本文的介紹證明了雙排樁作為永久工程在水利護(hù)岸中的應(yīng)用是安全可靠的。從后期的檢測(cè)資料、查看結(jié)果以及對(duì)施工單位的回訪，普遍認(rèn)為雙排樁支護(hù)具有施工影響小、占地少、施工快等優(yōu)點(diǎn)。

文章討論了無支撐情況下冠梁剛度的取值，通過定性的判斷、定量的計(jì)算，得出樁體位移，具有可靠性，經(jīng)得起推導(dǎo)。

與建筑深基坑設(shè)計(jì)的最大不同是雙排樁在建筑基坑的應(yīng)用，一般作為臨時(shí)工程，按照J(rèn)GJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行，而本工程是作為永久工程使用，無對(duì)應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本文只能參照基坑支護(hù)規(guī)程設(shè)計(jì)。

本次雙排樁在水利工程中作為永久護(hù)岸的使用，為以后水利工程中類似問題的解決提供了參考依據(jù)，文獻(xiàn)支持。

通過本次對(duì)雙排樁的設(shè)計(jì)計(jì)算，深感缺少相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)理論及計(jì)算軟件，建議在以后的科研中加強(qiáng)雙排樁在水利工程中的應(yīng)用研究，編制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、提出設(shè)計(jì)理論、開發(fā)計(jì)算軟件，填補(bǔ)行業(yè)空缺。